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美国最早研究钛合金3D打印

浪起激光2014-03-116029

 钛是一种密度只有钢铁的一半,强度却远胜于绝大多数合金的材料,被广泛用于航天航空业。美国是最早开发钛合金3D打印技术的国家。1985年,美国就在国防部的主导下秘密开始了钛合金激光成形技术的研究,并在1992年公之于众。随后美国继续研发这一技术,并在2002年将激光成形的钛合金零件装上战机试验。

  然而,因为在制造过程中钛合金变形、断裂的技术难题无法解决,美国始终无法生产高强度、大尺寸的激光成形钛合金构件。2005年,美国从事钛合金激光成型制造业务的商业公司Aeromet由于始终无法生产出性能满足主承力要求的大尺寸复杂钛合金构件,没有实现有价值的市场应用而倒闭。美国的其他国家实验室也无法攻克这一难题,目前只能进行小尺寸钛合金部件的打印和钛合金零件表面修复。

  2013年,美国Sciaky公司宣布,他们已经成功掌握了突破性的直接制造技术,使用电子束进行钛合金3D打印。Sciaky公司的直接制造解决方案基于添加剂的制造原理,是PSU应用研究实验室(ARL)采用的关键技术之一,目的是生产高品质的金属零部件。Sciaky公司的DM解决方案是唯一的大规模完全可编程的解决方案,可制造近净形零件,材料包括钛、钽、铬镍铁合金及其他高价值金属。该解决方案结合了计算机辅助设计(CAD)、Sciaky最先进的电子束焊接技术和添加剂分层处理,所制造的零件尺寸可以达到5.8米×1.2米×1.2米。

Sciaky真正的领先之处在于超高打印速度,利用功率高达42千瓦的电子束枪,每小时可打印15-40磅的金属钛,而大多数竞争者仅能达到每小时5磅。就目前而言,电子束似乎是一种比激光更适合的金属3D打印能量源。从数据上看,这一打印速度和零件尺寸已经超过了中国。前不久,中国西北工业大学刚刚用钛合金激光3D打印技术生产了长度为5米的飞机主承力梁。

  美国空军和洛克希德-马丁公司已经宣布与Sciaky公司成为合作伙伴,并且计划使用该公司生产的3D打印机制作飞机部件装备正在生产的F-35战斗机。相较于传统制造方式,这一新技术制造的产品成本更低、寿命也更长。如果3000多架战机都使用这种技术制造部件,将可以节省数十亿美元的成本。

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